Question

【題目】FeSO4 溶液放置在空氣中容易變質(zhì)，因此為了方便使用 Fe2＋，實(shí)驗(yàn)室中常保存硫酸亞鐵銨晶體[俗稱“摩爾鹽”，化學(xué)式為(NH4)2Fe(SO4)26H2O]，它比綠礬或綠礬溶液更穩(wěn)定。(穩(wěn)定是指物質(zhì)放置 在空氣中不易發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)而變質(zhì))

I．硫酸亞鐵銨晶體的制備與檢驗(yàn)

（1）某興趣小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)制備硫酸亞鐵銨晶體。

本實(shí)驗(yàn)中，配制溶液以及后續(xù)使用到的蒸餾水都必須煮沸、冷卻后再使用，這樣處理蒸餾水的目的是_______。向 FeSO4 溶液中加入飽和(NH4)2SO4 溶液，經(jīng)過(guò)操作_______、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌和干燥后得到一 種淺藍(lán)綠色的晶體。

（2）該小組同學(xué)繼續(xù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明所制得晶體的成分。

①如圖所示實(shí)驗(yàn)的目的是_______，C 裝置的作用是_______。

取少量晶體溶于水，得淡綠色待測(cè)液。

②取少量待測(cè)液，_______ (填操作與現(xiàn)象)，證明所制得的晶體中有 Fe2＋。

③取少量待測(cè)液，經(jīng)其它實(shí)驗(yàn)證明晶體中有NH4＋和SO42－

II．實(shí)驗(yàn)探究影響溶液中 Fe2＋穩(wěn)定性的因素

（3）配制 0.8 mol/L 的 FeSO4 溶液（pH=4.5）和 0.8 mol/L 的(NH4)2Fe(SO4)2 溶液（pH=4.0），各取 2 ml 上述溶液于兩支試管中，剛開始兩種溶液都是淺綠色，分別同時(shí)滴加 2 滴 0.01mol/L 的 KSCN 溶液，15 分鐘后觀察可見：(NH4)2Fe(SO4)2溶液仍然為淺綠色透明澄清溶液；FeSO4溶液則出現(xiàn)淡黃色渾濁。

（資料 1）

沉淀	Fe(OH)2	Fe(OH)3
開始沉淀pH	7.6	2.7
完全沉淀pH	9.6	3.7

①請(qǐng)用離子方程式解釋 FeSO4 溶液產(chǎn)生淡黃色渾濁的原因_______。

②討論影響 Fe2＋穩(wěn)定性的因素，小組同學(xué)提出以下 3 種假設(shè)：

假設(shè) 1：其它條件相同時(shí)，NH4＋的存在使(NH4)2Fe(SO4)2 溶液中 Fe2+穩(wěn)定性較好。

假設(shè) 2：其它條件相同時(shí)，在一定 pH 范圍內(nèi)，溶液 pH 越小 Fe2＋穩(wěn)定性越好。

假設(shè) 3：_______。

（4）小組同學(xué)用如圖裝置（G為靈敏電流計(jì)），滴入適量的硫酸溶液分 別控制溶液 A（0.2 mol/L NaCl）和溶液 B（0.1mol/L FeSO4）為不同的 pH，

觀察記錄電流計(jì)讀數(shù)，對(duì)假設(shè) 2 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表所示。

序號(hào)	A：0.2mol·L－1NaCl	B：0.1mol·L－1FeSO4	電流計(jì)讀數(shù)
實(shí)驗(yàn)1	pH=1	pH=5	8.4
實(shí)驗(yàn)2	pH=1	pH=1	6.5
實(shí)驗(yàn)3	pH=6	pH=5	7.8
實(shí)驗(yàn)4	pH=6	pH=1	5.5

（資料 2）原電池裝置中，其它條件相同時(shí)，負(fù)極反應(yīng)物的還原性越強(qiáng)或正極反應(yīng)物的氧化性越強(qiáng)，該原 電池的電流越大。

（資料 3）常溫下，0.1mol/L pH=1 的 FeSO4 溶液比 pH=5 的 FeSO4 溶液穩(wěn)定性更好。 根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果和資料信息，經(jīng)小組討論可以得出以下結(jié)論：

①U 型管中左池的電極反應(yīng)式____________。

②對(duì)比實(shí)驗(yàn) 1 和 2（或 3 和 4） ,在一定 pH 范圍內(nèi)，可得出的結(jié)論為____________。

③對(duì)比實(shí)驗(yàn)____________和____________，還可得出在一定pH 范圍內(nèi)溶液酸堿性變化對(duì) O2 氧化性強(qiáng)弱的影響因素。

④ 對(duì)（資料 3）實(shí)驗(yàn)事實(shí)的解釋為____________。

Answer 1

【答案】除去水中溶解的氧氣，防止氧化Fe2+ 蒸發(fā)濃縮 檢驗(yàn)晶體中是否含有結(jié)晶水 防止空氣中水蒸氣逆向進(jìn)入裝有無(wú)水CuSO4的試管，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果 滴入少量K3[Fe(CN)6]溶液，出現(xiàn)藍(lán)色沉淀（或先滴入2滴KSCN溶液，無(wú)明顯變化，再加入幾滴新制氯水，溶液變成紅色） 4Fe2+ + O2 + 10H2O = 4Fe(OH)3↓ + 8H+ 當(dāng)其它條件相同時(shí)，硫酸根離子濃度大小影響Fe2+的穩(wěn)定性。（或當(dāng)其它條件相同時(shí)，硫酸根離子濃度越大，Fe2+的穩(wěn)定性較好。） O2 + 4e- +4H+= 2H2O 溶液酸性越強(qiáng),Fe2+的還原性越弱 1 3（或2和4） 其它條件相同時(shí)，溶液酸性增強(qiáng)對(duì)Fe2+的還原性減弱的影響，超過(guò)了對(duì)O2的氧化性增強(qiáng)的影響。故pH=1的FeSO4溶液更穩(wěn)定。

【解析】

I.(1)亞鐵離子具有還原性，在空氣中容易被氧化；向 FeSO4 溶液中加入飽和(NH4)2SO4 溶液，需要經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌和干燥后得到一 種淺藍(lán)綠色的晶體；

(2) ①無(wú)水硫酸銅遇水變藍(lán)色；空氣中也有水蒸氣，容易對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生干擾；

②檢驗(yàn)Fe2+，可以向樣品中滴入少量K3[Fe(CN)6]溶液，出現(xiàn)藍(lán)色沉淀，說(shuō)明存在Fe2+；或先滴入2滴KSCN溶液，無(wú)明顯變化，再加入幾滴新制氯水，溶液變成紅色，說(shuō)明存在Fe2+；

II.(3) ①由表可知，pH=4.5的0.8 mol/L 的 FeSO4 溶液中，會(huì)產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，說(shuō)明二價(jià)鐵被氧化成了三價(jià)鐵，同時(shí)和水反應(yīng)生成Fe(OH)3沉淀；

②0.8 mol/L 的 FeSO4 溶液（pH=4.5）和 0.8 mol/L 的(NH4)2Fe(SO4)2 溶液中硫酸根的濃度也不同，可以以此提出假設(shè)；

(4) ①FeSO4中的鐵的化合價(jià)為+2價(jià)，具有還原性，在原電池中做負(fù)極，則左池的碳電極做正極，NaCl中溶解的氧氣得電子生成，在酸性環(huán)境中生成水；

②實(shí)驗(yàn)1 和 2（或 3 和 4）中NaCl溶液的pH相同，FeSO4溶液的pH不同，且FeSO4溶液的pH越小，電流越小，結(jié)合原電池裝置中，其它條件相同時(shí)，負(fù)極反應(yīng)物的還原性越強(qiáng)或正極反應(yīng)物的氧化性越強(qiáng)，該原電池的電流越大，可以得出結(jié)論；

③對(duì)比實(shí)驗(yàn)1和3（或2和4）發(fā)現(xiàn)，FeSO4溶液的pH相同時(shí)，NaCl溶液的pH越大，電流越小，結(jié)合原電池裝置中，其它條件相同時(shí)，負(fù)極反應(yīng)物的還原性越強(qiáng)或正極反應(yīng)物的氧化性越強(qiáng)，該原電池的電流越大，可以得出結(jié)論；

④對(duì)比實(shí)驗(yàn)1 和 4，NaCl溶液的pH增大酸性減弱，FeSO4溶液的pH減小酸性增強(qiáng)，但是電流卻減小，結(jié)合②③的結(jié)論分析。

I.(1)亞鐵離子具有還原性，在空氣中容易被氧化，在配制溶液時(shí)使用到的蒸餾水都必須煮沸、冷卻后再使用，目的是：除去水中溶解的氧氣，防止氧化Fe2+；向 FeSO4 溶液中加入飽和(NH4)2SO4 溶液，需要經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌和干燥后得到一 種淺藍(lán)綠色的晶體；

(2) ①無(wú)水硫酸銅遇水變藍(lán)色，該裝置的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖牵簷z驗(yàn)晶體中是否含有結(jié)晶水；空氣中也有水蒸氣，容易對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生干擾，需要使用濃硫酸防止空氣中水蒸氣逆向進(jìn)入裝有無(wú)水CuSO4的試管，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；

②檢驗(yàn)Fe2+，可以向樣品中滴入少量K3[Fe(CN)6]溶液，出現(xiàn)藍(lán)色沉淀，說(shuō)明存在Fe2+；或先滴入2滴KSCN溶液，無(wú)明顯變化，再加入幾滴新制氯水，溶液變成紅色，說(shuō)明存在Fe2+；

II.(3) ①由表可知，pH=4.5的0.8 mol/L 的 FeSO4 溶液中，會(huì)產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，說(shuō)明二價(jià)鐵被氧化成了三價(jià)鐵，同時(shí)和水反應(yīng)生成Fe(OH)3沉淀，離子方程式為：4Fe2+ + O2 + 10H2O = 4Fe(OH)3↓ + 8H+；

②0.8 mol/L 的 FeSO4 溶液（pH=4.5）和 0.8 mol/L 的(NH4)2Fe(SO4)2 溶液中硫酸根的濃度也不同，0.8 mol/L 的(NH4)2Fe(SO4)2 溶液中硫酸根濃度更大，故可以假設(shè)：當(dāng)其它條件相同時(shí)，硫酸根離子濃度大小影響Fe2+的穩(wěn)定性；或者當(dāng)其它條件相同時(shí)，硫酸根離子濃度越大，Fe2+的穩(wěn)定性較好；

(4) ①FeSO4中的鐵的化合價(jià)為+2價(jià)，具有還原性，在原電池中做負(fù)極，則左池的碳電極做正極，NaCl中溶解的氧氣得電子生成，在酸性環(huán)境中生成水，故電極方程式為：O2 + 4e- +4H+= 2H2O；

②實(shí)驗(yàn)1 和 2（或 3 和 4）中NaCl溶液的pH相同，FeSO4溶液的pH不同，且FeSO4溶液的pH越小，電流越小，結(jié)合原電池裝置中，其它條件相同時(shí)，負(fù)極反應(yīng)物的還原性越強(qiáng)或正極反應(yīng)物的氧化性越強(qiáng)，該原電池的電流越大，可以得出的結(jié)論是：溶液酸性越強(qiáng)，Fe2+的還原性越弱；

③對(duì)比實(shí)驗(yàn)1和3（或2和4）發(fā)現(xiàn)，FeSO4溶液的pH相同時(shí)，NaCl溶液的pH越大，電流越小，結(jié)合原電池裝置中，其它條件相同時(shí)，負(fù)極反應(yīng)物的還原性越強(qiáng)或正極反應(yīng)物的氧化性越強(qiáng)，該原電池的電流越大，可以得出在一定pH 范圍內(nèi)溶液的堿性越強(qiáng)， O2 氧化性越強(qiáng)；

④對(duì)比實(shí)驗(yàn)1 和 4，NaCl溶液的pH增大酸性減弱，FeSO4溶液的pH減小酸性增強(qiáng)，但是電流卻減小，結(jié)合②③的結(jié)論，和其它條件相同時(shí)，溶液酸性增強(qiáng)對(duì)Fe2+的還原性減弱的影響，超過(guò)了對(duì)O2的氧化性增強(qiáng)的影響。故pH=1的FeSO4溶液更穩(wěn)定。